WO2021193858A1 - 銅部材用自動トーチろう付装置及び銅部材用自動トーチろう付方法 - Google Patents
銅部材用自動トーチろう付装置及び銅部材用自動トーチろう付方法 Download PDFInfo
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Definitions
- the present disclosure has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to obtain an automatic torch brazing device for copper members and an automatic torch brazing method for copper members capable of highly reliable brazing.
- the torch 25 can take an arbitrary position / posture and swing by the positioning mechanism 10.
- a mixed gas of a combustible gas of acetylene, propane, natural gas or city gas and oxygen is supplied to the torch 25 by the gas flow rate adjusting device 130.
- the mixing ratio of the flammable gas and oxygen of this mixed gas is adjusted so that the combustion flame 26 has reducing property.
- the storage unit 123 includes a non-volatile semiconductor memory such as a flash memory, EPROM (ErasableProgrammableROM), and EEPROM (ElectricallyErasableProgrammableROM).
- the storage unit 123 plays a role as a so-called secondary storage device or auxiliary storage device.
- the storage unit 123 stores programs and data used by the control unit 122 to perform various processes. Further, the storage unit 123 stores data generated or acquired by the control unit 122 performing various processes.
- the temperature A of the hottest part hit by the combustion flame 26 reaches the brazing temperature (step S130).
- FIG. 7 shows the relationship between the reduction region 50 and the oxidation region 51 of the copper pipe when the rocking operation is performed. It is necessary to set the swinging position and speed in advance for the swinging operation.
- the brazing temperature determination unit 121 outputs a temperature rise completion signal. After receiving the temperature rise completion signal, the control device 120 performs the control as shown above to complete the brazing.
- the brazed object 301 is laminated and brazed as a copper plate 35 and a copper plate 36 which are copper members, and the vision sensor 21 is arranged at a position not affected by the combustion flame 26 from the torch 25. You may. Consider a case where the brazing material 301 is brazed by heating the copper plate 35 and the copper plate 36 with a torch 25 from the copper plate 35 side and charging the brazing material when the temperature of the brazing material inflow portion 37 reaches the brazing temperature. ..
- the vision sensor 21, the non-contact temperature sensor 23, the brazing material supply device 24, and the torch 25 are all attached to the fixing jig 20 of the positioning mechanism 10, but are attached to another mechanism. May be done.
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Abstract
銅部材用自動トーチろう付装置であるろう付装置（１００）は、ガスが供給される加熱用のトーチ（２５）と、トーチ（２５）の位置決めをする位置決め機構（１０）と、銅部材の還元部の温度を計測する第１の温度計測手段（２３）と、銅部材の酸化部の温度を計測する第２の温度計測手段（２１、１１０）と、還元部の温度がろう付温度に到達するとともに前記銅部材の溶融温度未満であり、且つ、酸化部の温度がろう付温度に到達したと判断したときに、ろう付させる制御手段（１２０）と、を備える。
Description
本開示は、銅部材用自動トーチろう付装置及び銅部材用自動トーチろう付方法に関する。
従来の自動ろう付装置は、加熱装置によって加熱された箇所の温度を温度測定手段によって求め、その温度に基づいて加熱装置を移動させる構成を有する。
特許文献１の自動ろう付装置は、加熱用のバーナーと、バーナーの位置決め機構及びその制御装置と、温度センシングのための輝度から温度を換算する可視光のビジョンセンサ及び画像処理手段と、を有する。
特許文献２の自動ろう付装置は、高周波誘導加熱装置とトーチ加熱手段と、非接触温度測定手段と、高周波加熱手段を制御する加熱制御手段と、を有し、温度検出領域をろう付対象物表面が還元される領域としている。
特許文献１及び特許文献２の自動ろう付装置では、銅パイプが酸化される酸化部の温度を検出するためのビジョンセンサ、又は、ろう付対象物表面が還元される還元部の温度を検出するための非接触温度計測器が用いられている。銅パイプの酸化部と還元部との放射率が著しく異なることから、どちらか１つでは両方の温度を計測することが出来ないため、全体の温度分布を取得できない。これにより、例えばろうを流入させる継手部では酸化部と還元部とが両方発生し得るため、ろう付の信頼性が低下するおそれがある。
本開示は、上記事由に鑑みてなされたものであり、信頼性の高いろう付ができる銅部材用自動トーチろう付装置及び銅部材用自動トーチろう付方法を得ることを目的とする。
上記の目的を達成するため、本開示の銅部材用自動トーチろう付装置は、ガスが供給される加熱用のトーチと、トーチの位置決めをする位置決め機構と、銅部材の還元部の温度を計測する第１の温度計測手段と、銅部材の酸化部の温度を計測する第２の温度計測手段と、還元部の温度がろう付温度に到達するとともに銅部材の溶融温度未満であり、且つ、酸化部の温度がろう付温度に到達したと判断したときに、ろう付させる制御手段と、を備える。
本開示によれば、銅部材の酸化部と還元部との両方を含む温度分布を計測できる構成が得られる。これにより、還元部に起こる過加熱による母材の溶融を防ぐとともに、ろうを流入させる継手部の適切な温度認識及び温度分布に基づくガス流量の制御又はトーチの位置が制御される。そのため、本開示によれば、信頼性の高いろう付ができる銅部材用自動トーチろう付装置及び銅部材用自動トーチろう付方法が得られる。
実施の形態１．
まず、図１を参照して、本実施の形態においてろう付される被ろう付物３００の構成を説明する。
まず、図１を参照して、本実施の形態においてろう付される被ろう付物３００の構成を説明する。
被ろう付物３００は、銅部材である銅パイプ３０とろう付継手３１とが組み合わせられて構成される。銅パイプ３０は、銅製の直管である。ろう付継手３１は、銅製の直管の一端に銅パイプ３０が挿入されるための挿入部３１ａを備える。挿入部３１ａの内径は、銅パイプ３０の外径よりわずかに大きい。また、挿入部３１ａの内側には、銅パイプ３０の端面を受ける面が設けられている。挿入部３１ａに銅パイプ３０が挿入されて被ろう付物３００となり、挿入部分の隙間にろう材が供給される。
次に、図２及び図３を参照して、本開示の実施の形態１による銅部材用自動トーチろう付装置であるろう付装置１００の構成を説明する。
ろう付装置１００は、位置決め機構１０と、位置決め機構１０に取り付けられた固定治具２０と、を備える。
位置決め機構１０は、関節結合されたアームを備え、アームの一端がろう付に必要な直線運動及び回転運動を自在に行えるロボット装置である。
固定治具２０は、それぞれ直線状に延びた部材２０ａと部材２０ｂとがＬ字形状に組み合わせられた部材である。部材２０ａの一端の近傍が、回転可能なアームの一端に取り付けられている。部材２０ｂは、ろう付装置１００の一端の軸方向と並行に延びている。
固定治具２０の部材２０ｂには、温度分布計測手段であるビジョンセンサ２１と、非接触式温度センサ２３と、ろう材供給装置２４と、加熱に用いるトーチ２５と、が取り付けられている。これらは、いずれもろう付が行われる位置を向いている。ビジョンセンサ２１の先端部には、バンドパスフィルター２２が取り付けられている。
ビジョンセンサ２１は、ろう付部の画像を取得するセンサである。ビジョンセンサ２１の先端にはバンドパスフィルター２２が取り付けられている。ビジョンセンサ２１は、燃焼炎２６によって加熱された図３のろう付継手３１の挿入部３１ａの一部である酸化領域５１（格子部）を測定領域として含んで設置される。
非接触式温度センサ２３は、検出波長を３．６～３．９５μｍとした温度センサである。非接触式温度センサ２３の検出波長については後述する。非接触式温度センサ２３は、燃焼炎２６の還元作用により表面が清浄になった銅パイプ３０の還元領域５０（斜線部）を測定領域として設置される。
ろう材供給装置２４は、位置決め機構１０によってトーチ２５と共に移動し、任意の位置・姿勢でろう材を供給する。図２で図示されていないろう材は、コイル状に形成されている。ろう材供給装置２４は、エアシリンダによってろう供給部２４ａをろう付対象物に対して前進又は後退させることができる構成を有する。ろう材供給装置２４は、ろう付時にろう供給部２４ａがエアシリンダによってろう付対象物に近づいた後に、ろう材をろう供給部２４ａの先端から送り出してろう付部に供給する。
トーチ２５は、位置決め機構１０によって、任意の位置・姿勢をとることと揺動動作を行うことが可能である。トーチ２５には、アセチレン、プロパン、天然ガス又は都市ガスの可燃性ガスと酸素との混合ガスが、ガス流量調節装置１３０により供給される。この混合ガスの可燃性ガスと酸素との混合比は、燃焼炎２６が還元性を有することとして調整される。
図３に示すように、トーチ２５から出る燃焼炎２６を、被ろう付物３００の銅パイプ３０との接合箇所に当たるろう付継手３１の挿入部３１ａより上の位置に当たる設定とする。この理由は、挿入部３１ａの部分は、管同士を嵌め合うために管の端を拡げるといった加工をしてあり、加工していない部分よりも薄肉となっているためである。挿入部３１ａに直接燃焼炎２６を当てると、燃焼炎２６が挿入部３１ａより上に当たる設定としている場合と比較して、銅パイプ３０が溶融し不良となる可能性が高くなる。
ろう材供給装置２４は、ろう付時にろう材の先端が挿入部３１ａより数ｍｍ上の部分に当たる設定に調整される。この理由は、ろう材を挿入部３１ａ内に流入させるためである。
次に、図４のブロック図を参照して、ろう付装置１００の構成をさらに説明する。
ビジョンセンサ２１が取得した画像データは、画像処理装置１１０に送られる。画像データは、まず、画像処理装置１１０の輝度集計部１１１によって撮像した領域内の各ピクセルの輝度データとして集計される。輝度データは、さらに画像処理装置１１０の温度算出部１１２によって、温度データに換算される。温度データは、制御装置１２０に送られる。
画像処理装置１１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の画像処理用のプロセッサと、処理される画像を一時的に保存するバッファメモリと、を備える。画像処理装置１１０は、周知の画像処理の手法を用いて、画像処理装置１１０における撮影画像を制御する。
非接触式温度センサ２３が取得した温度データは、ビジョンセンサ２１からの温度データと同様に、制御装置１２０に送られる。
制御装置１２０のろう付温度判定部１２１は、ビジョンセンサ２１及び非接触式温度センサ２３に基づく各温度データに基づいて、ろう付温度に到達したか否かを判定する。本開示のろう付温度とは、ろう付可能な温度範囲であり、当該温度範囲の下限値以上であればろう付温度に到達したものとする。判定結果に基づいて、制御装置１２０は、位置決め機構１０、ろう材供給装置２４及びガス流量調整装置１３０の制御を行う。
また、制御装置１２０は、制御部１２２と、記憶部１２３と、通信部１２４と、を備える。これら各部は通信バスを介して接続されている。
制御部１２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。ＣＰＵは、中央処理装置、中央演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ等とも呼び、ろう付装置１００の制御に係る処理及び演算を実行する中央演算処理部として機能する。制御部１２２において、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラム及びデータを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして用いて、ろう付装置１００の各部を統括制御する。
記憶部１２３は、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性の半導体メモリを備えている。記憶部１２３は、いわゆる二次記憶装置又は補助記憶装置としての役割を担う。記憶部１２３は、制御部１２２が各種処理を行うために使用するプログラム及びデータを記憶する。また、記憶部１２３は、制御部１２２が各種処理を行うことにより生成又は取得するデータを記憶する。
通信部１２４は、ろう付装置１００の各部と通信するための通信インタフェースを備える。通信部１２４は、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）である周知の通信規格に則って、ろう付装置１００の各部との間で無線通信する。
次に、ろう付装置１００による温度分布計測について説明する。
本開示では、温度分布を取得するために、還元領域５０と酸化領域５１とでセンサを２つに分けている。その理由としては、還元領域５０と酸化領域５１とでは放射率が著しく異なり、１個のセンサでは、両方の温度を取得するのが難しいためである。放射率の目安であるが、還元領域５０の清浄な面の銅（純銅）は０．０３程度であり、酸化領域５１の酸化した銅は０．７程度であり、両者は２０倍近く異なる。
非接触式温度センサ２３の測定領域を還元領域５０とする理由は、以下の２つである。１つ目は、還元領域５０の表面状態が清浄に保たれることから、物体表面より放射される光を検出して温度を測定する非接触式温度計測手段における測定精度が向上するためである。２つ目は、燃焼炎２６が当たっている最も温度が高い部分の温度を取得するためである。
また、非接触式温度センサ２３で安定して温度を計測するためには、燃焼炎２６の影響を受けない検出波長である必要がある。燃焼炎２６は、２．９μｍ付近と４．３μｍ付近とにピークを持つ変化の激しいものである。２つのピークの間の３．６～３．９５μｍ付近では全く放射強度がゼロの区域が認められる。一方、水蒸気と炭酸ガスとの赤外線相対吸収率は、燃焼炎２６と同じく３．６～３．９５μｍの範囲では吸収率がゼロとなる。このため、非接触式温度センサ２３の検出波長を３．６～３．９５μｍとすれば、燃焼炎２６から放射される赤外線の影響を受けることなく、また、その燃焼炎２６からの水蒸気及び炭酸ガスにより吸収される割合が少ない。従って、当該検出波長の範囲では、被ろう付物３００の銅パイプ３０の温度を正確に計測することが可能である。
ビジョンセンサ２１を酸化領域５１を測定領域として含んで設置する理由は、ろう材を流入させる挿入部３１ａにおいて、還元領域５０と酸化領域５１の両方が含まれる場合に、酸化領域５１の温度を取得するためである。なお、ビジョンセンサ２１によって撮像された画像は、後述の画像処理装置１１０によって輝度情報が集計され輝度が温度に換算される。
また、ビジョンセンサ２１にはバンドパスフィルター２２が取り付けられる。その理由としては、赤熱する銅パイプ３０の酸化領域５１からの熱放射を捉えるとともに、燃焼炎２６からの熱放射の影響を小さくするためである。ビジョンセンサ２１は、可視の赤外線領域から近赤外線領域の７００ｎｍ～９００ｎｍ付近に感度を持つ。また、バンドパスフィルター２２が７００～９００ｎｍ以外の波長をカットすれば、酸化領域５１からの熱放射を精度よく検出可能となる。
次に、前述の図に加えて図５のフローチャートを参照して、実施の形態１のろう付装置１００の動作について説明する。
銅パイプ３０とろう付継手３１とは、予めそれぞれの寸法に加工され、銅パイプ３０が挿入部３１ａに挿入済みである。また、ボンベより可燃性のガスと酸素とが適量供給され、混合器で混合された後、ガス流量調整装置１３０からトーチ２５より噴出しており、すでに点火されているものとする。また、非接触式温度センサ２３とビジョンセンサ２１とからの画像を処理する画像処理装置１１０には予め、検出領域と判断の基準となるしきい値が設定してある。なお、非接触式温度センサ２３から得られた温度を温度Ａ、ビジョンセンサ２１からの画像を処理する画像処理装置１１０から得られた温度を温度Ｂとする。
位置決め機構１０により、トーチ２５は、図２に示す加熱位置にセットされる（ステップＳ１１０）。そして、銅パイプ３０の還元領域５０が昇温していく状態を、非接触式温度センサ２３が捉えて温度Ａのデータを取得する（ステップＳ１２０）。また、銅パイプ３０の酸化領域５１が昇温していく状態を、ビジョンセンサ２１が捉えて温度Ｂのデータを取得する（ステップＳ１２２）。
温度Ｂは、ビジョンセンサ２１から得られた画像の輝度情報から得られたものである。温度Ｂの算出方法としては、酸化領域５１を設定領域として、例えば、いくつかの区域に分けてその平均の輝度を取得してもよいし、その区域の最小の輝度を取得して温度換算してもよい。
はじめに、燃焼炎２６が当たっている最も温度が高い部分の温度Ａがろう付温度に到達する（ステップＳ１３０）。
次に、ろう付温度判定部１２１は、温度Ａがろう材の溶融前温度に到達しているかどうかを判断する（ステップＳ１４０）。本開示の溶融前温度とは、被ろう付物３００の溶融温度に近い温度で、被ろう付物３００の溶融温度未満の温度である。本実施の形態では、銅パイプ３０に燃焼炎２６が当たるため、銅パイプ３０の溶融前の温度と考えてよい。温度Ａが溶融前温度に到達している場合には（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、被ろう付物３００の溶融を防ぐため、ろう付温度判定部１２１が過加熱信号を出力する（ステップＳ１４５）。過加熱信号を受けると、制御装置１２０は、ガス流量調整装置１３０にガス流量を調整させる、位置決め機構１０にトーチ２５を揺動させる、又は、それらの両方の動作を行う。これにより、温度Ａを被ろう付物３００の溶融前温度より低い温度まで低下させて、被ろう付物３００の溶融を防ぐ。その後、処理はステップＳ１２０及びステップＳ１２２に戻る。
温度Ａが溶融前温度に到達していない場合（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、ろう付温度判定部１２１は、温度Ｂがろう付温度に到達しているかを判断する（ステップＳ１５０）。温度Ｂがろう付温度に到達していない場合には（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、ろう付温度判定部１２１が加熱調整信号を出力する（ステップＳ１５５）。加熱調整信号を受けると、制御装置１２０は、ガス流量調整装置１３０にガス流量を調整させる、位置決め機構１０にトーチ２５を揺動させる、又は、それらの両方の動作を行う。その後、処理はステップＳ１２０及びステップＳ１２２に戻る。
温度Ｂがろう付温度に到達していた場合は（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、ろう付温度判定部１２１が昇温完了信号を出力する（ステップＳ１６０）。昇温完了信号を受けると、制御装置１２０は、ろう材供給装置２４にろう材の供給を開始させる（ステップＳ１７０）。また、制御装置１２０は、ろう付に必要な量のろう材を供給するために、ろう材供給装置２４に対して、ろう材の供給量、及び、コイル状のろう材の供給速度の制御を行う。ろう材供給装置２４が必要量のろう材を供給した後、制御装置１２０は位置決め機構１０にトーチ２５を待機位置まで退避させて（ステップＳ１８０）、ろう付を完了する。なお、次のろう付箇所がある場合は待機位置ではなく、次のろう付箇所の加熱位置まで移動してもよい。
ガス流量調整装置１３０がガス流量の調整を行う場合は、ガス流量を抑制して温度上昇を緩やかにし、温度Ｂがろう付温度になるまで待機する。ある時間が経過して温度Ｂがろう付温度以上と判断された時に、ろう付温度判定部１２１が昇温完了信号を出力する。昇温完了信号を受けてからは、制御装置１２０が上記に示す通りの制御を行いろう付を完了する。
図６に、自動トーチろう付装置のガス流量制御による温度プロファイル例を示す。Ｔ１はろう付温度下限、Ｔ２はろう付温度上限、Ｔ３は被ろう付物３００の溶融温度、ｔ１はガス流量制御を開始した時間、ｔ２はろう材の供給を開始する時間、ｔ３はろう材の供給が終了した時間をそれぞれ示す。ｔ２からｔ３の間は、ろう付継手３１にろうが回り、銅パイプ３０とろう付継手３１とが面で接触し一体となるため、温度Ａの値と温度Ｂの値とが近づいている様子を示している。なお、ガス流量制御を開始する温度及びろう材の供給を開始する温度の設定は、被ろう付物３００の径、熱容量又は形状によって適宜決定される。
また、トーチ２５の揺動を行う場合は、酸化領域５１の温度がろう付温度になるまで、ろう付継手３１に対してトーチ２５を上下に動作させる揺動動作を行う。図７に揺動動作を行った場合の銅パイプの還元領域５０と酸化領域５１との関係を示す。揺動動作は予め、揺動させる位置と速度について設定しておく必要がある。ある時間が経過して温度Ｂがろう付温度以上と判断した時に、ろう付温度判定部１２１が昇温完了信号を出力する。昇温完了信号を受けてからは、制御装置１２０が上記に示す通りの制御を行いろう付を完了する。
図８に、自動トーチろう付装置のトーチ揺動制御による温度プロファイル例を示す。Ｔ１～Ｔ３、ｔ２、ｔ３の説明は上記に示す通りで、ｔ１は揺動制御を開始した時間である。ｔ１～ｔ２の間は、トーチを上下に一度揺動させて元に戻した場合を示している。ｔ１～ｔ２の間で、温度Ａは温度の低い方へ移動した後、元の温度付近へと戻る。また、温度Ｂはトーチが近づいてくるときは大きく温度が上昇し、トーチが戻っていくときには緩やかな温度の上昇となる。ｔ２からｔ３の間は、上記に示す通りである。なお、トーチの揺動の回数、揺動を開始する温度及びろう材の供給を開始する温度は、被ろう付物３００の径、熱容量又は形状によって適宜決定する。
なお、温度Ｂがろう付温度に到達する前に温度Ａがろう付温度上限を超えて、ろう材の溶融温度に近づいた時は（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、過加熱信号を出力する（ステップＳ１４５）。過加熱信号出力を受けると、制御装置１２０がトーチ２５の揺動制御を行い、温度Ａをろう付温度範囲まで減少させて溶融を防ぐ。
実施の形態１の構成によれば、還元部に起こる過加熱による母材の溶融を防ぐことと、酸化部と還元部とが両方発生し得るろうを流入させる継手部の温度分布の認識ができることとなる。そのため、ろう付装置１００が当該温度分布によりガス流量の制御又はトーチの揺動を行うため、信頼性の高いろう付が可能となる。また、温度分布を認識するため、周囲の温度又は被ろう付物３００の初期温度の変動に対応することができる。
なお、従来の構成では、温度取得に１つのセンサしか用いておらず、還元領域又は酸化領域の片側しか温度を取得できない。例えば、還元領域のみの温度を取得するセンサの場合、温度Ａのみを取得して、温度Ａがろう付温度に達する。この時、温度Ｂがろう付温度より低い温度である場合には、ろう材を供給すると、温度不足により、ろうのぬれ不足又はろう周り不足が発生し、不良となる可能性がある。また、酸化領域のみの温度を取得するセンサの場合、温度Ｂのみを取得して、温度Ｂがろう付温度に達したと判断する。この時、温度Ａは温度Ｂより高くなっているので、銅パイプが溶融し、不良となる可能性がある。
実施の形態２．
被ろう付物３００のろうの供給は、実施の形態１のろう挿しではなく、置きろうとして図９に示すリングろう６０を用いても良い。ろうの供給がリングろう６０となった場合でも、温度分布の取得方法および加熱の制御方法は実施の形態１と同じである。また、ろう付動作は、図５の昇温完了信号（ステップＳ１６０）を受けてからは実施の形態１の動作とは異なり、トーチ２５を待機位置まで後退させるのみである。
被ろう付物３００のろうの供給は、実施の形態１のろう挿しではなく、置きろうとして図９に示すリングろう６０を用いても良い。ろうの供給がリングろう６０となった場合でも、温度分布の取得方法および加熱の制御方法は実施の形態１と同じである。また、ろう付動作は、図５の昇温完了信号（ステップＳ１６０）を受けてからは実施の形態１の動作とは異なり、トーチ２５を待機位置まで後退させるのみである。
実施の形態２の構成によれば、実施の形態１の効果に加え、ろう材供給装置２４が不要となるので低コストで装置を構成できる。また、ろう材供給装置２４のろう挿し位置ずれによるろう付不良がなくなるので、より信頼性の高いろう付が可能となる。
実施の形態３．
図１０に示す実施の形態３では、被ろう付物３００のろう付される箇所が、ろう付済パイプ３２と近接した箇所にある場合に、ろう付継手３４に設定した酸化領域５２の温度を追加で取得してろう付を行う。
図１０に示す実施の形態３では、被ろう付物３００のろう付される箇所が、ろう付済パイプ３２と近接した箇所にある場合に、ろう付継手３４に設定した酸化領域５２の温度を追加で取得してろう付を行う。
ろう付済パイプ３２とろう材３３との温度は、銅パイプ３０のろう付の直前に行われてろう付開始時には温度が銅パイプ３０より高い場合がある。又は、ろう付済パイプ３２とろう材３３との使用される材料が、銅パイプ３０とは異なり、ろう材３３の融点が、銅パイプ３０のろう材の融点より低い場合がある。これらの状況で銅パイプ３０のろう付を行う際は、ろう付継手３４の温度がろう材３３の融点を超えなくする必要がある。もし、ろう材３３の融点を超えた場合、ろう材３３に形成されたフィレットが無くなる可能性があり強度の面で信頼性が下がる可能性がある。また、ろう材３３の融点を超えた場合、ろう材３３がろう付継手３４の内部に過度に流入して漏れが発生する可能性もある。
次に、図１１のフローチャートを参照して、実施の形態３のろう付装置１００の動作について説明する。
図１１のフローチャートにおいて、非接触式温度センサ２３から得られた温度を温度Ａ、ビジョンセンサ２１からの画像を処理する画像処理装置１１０から得られた温度を温度Ｂ、ろう付済パイプ３２のろう付部の酸化領域５２から得られた温度を温度Ｃとする。
位置決め機構１０により、トーチ２５は、図２に示す加熱位置にセットされる（ステップＳ３１０）。そして、銅パイプ３０の還元領域５０が昇温していく状態を、非接触式温度センサ２３が捉えて温度Ａのデータを取得する（ステップＳ３２０）。また、銅パイプ３０の酸化領域５１が昇温していく状態を、ビジョンセンサ２１が捉えて温度Ｂのデータを取得する（ステップＳ３２２）。さらに、ろう付済パイプ３２の酸化領域５２が昇温していく状態を、ビジョンセンサ２１が捉えて温度Ｃのデータを取得する（ステップＳ３２４）。
温度Ｃは、温度Ｂと同様に、ビジョンセンサ２１から得られた画像の輝度情報から得られたものである。その算出方法は、上述した温度Ｂの算出方法と同様である。
次に、ろう付温度判定部１２１は、温度Ｃがろう材３３の溶融前温度に到達しているかどうかを判断する（ステップＳ３３０）。温度Ｃがろう材３３の溶融前温度に到達している場合には（ステップＳ３３０：Ｙｅｓ）、ろう付温度判定部１２１が過加熱信号（Ｃ）を出力する（ステップＳ３３５）。過加熱信号（Ｃ）を受けると、制御装置１２０は、位置決め機構１０にトーチ２５を揺動させ、温度Ｃをろう材の溶融前温度より低い温度まで低下させて、ろう材３３の溶融を防ぐ。その後、処理はステップＳ３２０、ステップＳ３２２及びステップＳ３２４に戻る。
温度Ｃがろう材３３の溶融前温度に到達しない場合には（ステップＳ３３０：Ｎｏ）、続いて、燃焼炎２６が当たっている最も温度が高い部分の温度Ａがろう付温度に到達する（ステップＳ３４０）。
次に、ろう付温度判定部１２１は、温度Ａがろう材の溶融前温度に到達しているかどうかを判断する（ステップＳ３５０）。温度Ａが溶融前温度に到達している場合には（ステップＳ３５０：Ｙｅｓ）、ろう付温度判定部１２１が過加熱信号（Ａ）を出力する（ステップＳ３５５）。過加熱信号（Ａ）を受けると、制御装置１２０は、位置決め機構１０にトーチ２５を揺動させる。これにより、温度Ａをろう材の溶融前温度より低い温度まで低下させて、ろう材３３の溶融を防ぐ。その後、処理はステップＳ３２０、ステップＳ３２２及びステップＳ３２４に戻る。
温度Ａが溶融前温度に到達していない場合（ステップＳ３５０：Ｎｏ）、ろう付温度判定部１２１は、温度Ｂがろう付温度に到達しているかを判断する（ステップＳ３６０）。温度Ｂがろう付温度に到達していない場合には（ステップＳ３６０：Ｎｏ）、ろう付温度判定部１２１が加熱調整信号を出力する（ステップＳ３６５）。加熱調整信号を受けると、制御装置１２０は、ガス流量調整装置１３０にガス流量を調整させる、位置決め機構１０にトーチ２５を揺動させる、又は、それらの両方の動作を行う。その後、処理はステップＳ３２０、ステップＳ３２２及びステップＳ３２４に戻る。
温度Ｂがろう付温度に到達していた場合は（ステップＳ３６０：Ｙｅｓ）、ろう付温度判定部１２１が昇温完了信号を出力する（ステップＳ３７０）。昇温完了信号を受けると、制御装置１２０は、ろう材供給装置２４にろう材の供給を開始させる（ステップＳ３８０）。また、制御装置１２０は、ろう付に必要な量のろう材を供給するために、ろう材供給装置２４に対して、ろう材の供給量、及び、コイル状のろう材の供給速度の制御を行う。ろう材供給装置２４が必要量のろう材を供給した後、制御装置１２０は位置決め機構１０にトーチ２５を待機位置まで退避させて（ステップＳ３９０）、ろう付を完了する。なお、次のろう付箇所がある場合は待機位置ではなく、次のろう付箇所の加熱位置まで移動してもよい。なお、温度Ｂがろう付温度に到達する前に、温度Ｃがろう材の溶融温度に近づき、溶融前温度に到達した時は（ステップＳ３３０：Ｙｅｓ）、過加熱信号（Ｃ）を出力する（ステップＳ３３５）。また、温度Ａがろう付温度上限を超えてろう材の溶融温度に近づき、溶融前温度に到達した時は（ステップＳ３５０：Ｙｅｓ）、過加熱信号（Ａ）を出力する（ステップＳ３５５）。過加熱信号出力を受けると、制御装置１２０が上記に示す制御を行う。
なお、酸化領域５２の温度計測には、ビジョンセンサ２１の視野を広げるのみで良く、画像処理の方法は酸化領域５１と同じで問題ないため、センサの追加をする必要はない。
実施の形態３の構成によれば、実施の形態１の効果に加え、ろう付済パイプ３２の信頼性も保証できるため、近接した箇所のろう付がある製品でも安定してろう付が可能となる。
実施の形態４．
酸化領域を計測するセンサを、非接触式温度センサとしてもよい。その場合、還元領域を計測する非接触式温度センサ（第１の温度計測手段）２３とは異なる放射率の値を設定する。例えば、酸化領域を計測するセンサの放射率の設定を０．７、還元領域を計測するセンサの放射率の設定を０．０３にする。
酸化領域を計測するセンサを、非接触式温度センサとしてもよい。その場合、還元領域を計測する非接触式温度センサ（第１の温度計測手段）２３とは異なる放射率の値を設定する。例えば、酸化領域を計測するセンサの放射率の設定を０．７、還元領域を計測するセンサの放射率の設定を０．０３にする。
実施の形態４によるろう付装置１００のブロック図を図１２に示す。図１２のブロック図は、酸化領域を計測するビジョンセンサ２１に代えて非接触式温度センサ２１ａを設けた他は、図４と同一である。
実施の形態４の構成によれば、画像処理装置１１０が不要となるため装置の構成が簡素となり、安価に装置が構成可能となる。また、画像処理のプログラム及び関連するプログラム等が不要となり装置立ち上げ期間が短縮できる。
実施の形態５．
図１３に示すように、被ろう付物３０１を銅部材である銅板３５と銅板３６として重ねろう付するものとし、ビジョンセンサ２１をトーチ２５からの燃焼炎２６の影響を受けない位置へ配置してもよい。被ろう付物３０１のろう付を、銅板３５側からトーチ２５で銅板３５と銅板３６を加熱し、ろう材流入部３７の温度がろう付温度となった場合にろう材を投入する場合を考える。
図１３に示すように、被ろう付物３０１を銅部材である銅板３５と銅板３６として重ねろう付するものとし、ビジョンセンサ２１をトーチ２５からの燃焼炎２６の影響を受けない位置へ配置してもよい。被ろう付物３０１のろう付を、銅板３５側からトーチ２５で銅板３５と銅板３６を加熱し、ろう材流入部３７の温度がろう付温度となった場合にろう材を投入する場合を考える。
被ろう付物３０１を銅板３５と銅板３６として重ねろう付する場合、銅板３５側と銅板３６側の両方からトーチ２５で加熱することが望ましい。本実施の形態５では、位置決め機構の動作範囲に制約がある場合、又は、製品で周囲に部品がある等で、片側のみからの加熱となる場合を考える。
その場合の温度計測領域について説明する。非接触式温度センサ２３の測定領域を、図１４の矢視Ｙに示すように燃焼炎２６の影響よって還元される還元領域５３内に設定する。また、ビジョンセンサ２１の測定領域を、矢視Ｚのトーチの影響を受けない部分の酸化領域５４内に設定する。
銅板３５と銅板３６との重ねろう付となった場合でも、ろう付動作は、実施の形態１の図５と同じである。トーチ２５の加熱位置は、図１３のように銅板３５と銅板３６を含んで加熱してもよいし、トーチ２５を揺動させて銅板３５と銅板３６をろう付温度付近まで加熱させても良い。その場合、図５のステップＳ１１０の前にトーチ２５を揺動させるフローが追加される。
実施の形態５の構成によれば、被ろう付物３０１を銅板３５と銅板３６として重ねろう付する場合、還元部に起こる過加熱による母材の溶融を防ぐことができる。加えて、ろう材流入部の表側の還元部と裏側の酸化部の温度の認識と、ができる。そのため、ろう付装置１００が当該温度分布によりガス流量の制御又はトーチの揺動を行うため、信頼性の高いろう付が可能となる。また、温度分布を認識するため、周囲の温度又は被ろう付物３０１の初期温度の変動に対応することができる。
なお、本開示は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
上述の実施の形態１では、ビジョンセンサ２１、非接触式温度センサ２３、ろう材供給装置２４及びトーチ２５がいずれも位置決め機構１０の固定治具２０に取付けられているが、別の機構に取付けられてもよい。
被ろう付物３００は、直管同士の突合せ構造を有するが、ろう付時に還元部及び酸化部の両方があり得る他の構造体であってもよい。
また、温度Ｂ及び温度Ｃに対応するビジョンセンサ２１と、温度Ａに対応する非接触式温度センサ２３は、それぞれ上述以外の構造を有するセンサであってもよい。例えば、燃焼炎越しで計測波長に対応可能なサーモビューアを使用することとしてもよい。その場合、画像処理装置１１０及び制御装置１２０は、温度Ａ、温度Ｂ及び温度Ｃを適切に取得するための構成を有する。
また、図５の過加熱信号出力（ステップＳ１４５）、並びに、図１１の過加熱信号（Ｃ）出力（ステップＳ３３５）及び過加熱信号（Ａ）出力（ステップＳ３５５）において、トーチ２５の揺動、ガス流量の調整又はそれらの両方を使用することとしてもよい。
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
本出願は、２０２０年３月２７日に出願された日本国特許出願特願２０２０－０５７８２５号に基づく。本明細書中に、日本国特許出願特願２０２０－０５７８２５号の明細書、特許請求の範囲、及び図面全体を参照として取り込むものとする。
本開示は、銅部材のろう付に好適に採用され得る。
１０ 位置決め機構、２０ 固定治具、２０ａ 部材、２０ｂ 部材、２１ ビジョンセンサ（第２の温度計測手段）、２１ａ 非接触式温度センサ（第２の温度計測手段）、２２ バンドパスフィルター、２３ 非接触式温度センサ（第１の温度計測手段）、２４ ろう材供給装置、２４ａ ろう供給部、２５ トーチ、２６ 燃焼炎、３０ 銅パイプ、３１ ろう付継手、３１ａ 挿入部、３２ ろう付済パイプ（ろう付済銅部材）、３３ ろう材、３４ ろう付継手、３５ 銅板、３６ 銅板、３７ ろう材流入部、５０ 還元領域、５１ 酸化領域、５２ 酸化領域、５３ 還元領域、５４ 酸化領域、６０ リングろう、１００ ろう付装置、１１０ 画像処理装置（第２の温度計測手段、画像処理装置）、１１１ 輝度集計部、１１２ 温度算出部、１２０ 制御装置（制御手段）、１２１ ろう付温度判定部、１２２ 制御部、１２３ 記憶部、１２４ 通信部、１３０ ガス流量調整装置、３００ 被ろう付物、３０１ 被ろう付物。
Claims (12)
- 銅部材用自動トーチろう付装置であって、
ガスが供給される加熱用のトーチと、
前記トーチの位置決めをする位置決め機構と、
銅部材の還元部の温度を計測する第１の温度計測手段と、
銅部材の酸化部の温度を計測する第２の温度計測手段と、
前記還元部の温度がろう付温度に到達するとともに前記銅部材の溶融温度未満であり、且つ、前記酸化部の温度が前記ろう付温度に到達したと判断したときに、ろう付させる制御手段と、を備える
銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記制御手段は、前記還元部の温度が溶融前温度に到達したときに、前記トーチを揺動させる、
請求項１に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記制御手段は、前記還元部の温度が前記ろう付温度に到達するとともに溶融前温度未満であり、且つ、前記酸化部の温度が前記ろう付温度未満であると判断したときに、ガス流量を調整する、及び、前記トーチを揺動させる、の内の少なくとも１つをさせる、
請求項１又は２に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記制御手段は、前記還元部と前記酸化部がろう付温度に到達した際にろう材供給を判断する信号を出す、
請求項１から３のいずれか１項に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - ろう付部に置かれた置きろうを用いてろう付する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記第２の温度計測手段は、ろう付部に近接して既にろう付されたろう付済銅部材の酸化部の温度を計測する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記第１の温度計測手段は、銅板の重ねろう付のトーチ側に設置されて還元部の温度を計測し、前記第２の温度計測手段は、燃焼炎の影響を受けないトーチの反対側に設置されて酸化部の温度を計測する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記第２の温度計測手段は、前記酸化部の画像を撮像するビジョンセンサと、前記画像を処理して温度に換算する画像処理手段と、を備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 前記第１の温度計測手段と前記第２の温度計測手段は、それぞれ還元部と酸化部に放射率の設定がされた非接触の温度計測器である、
請求項１から８のいずれか１項に記載の銅部材用自動トーチろう付装置。 - 銅部材用自動トーチろう付方法であって、
トーチで銅部材を加熱する工程と、
前記銅部材の酸化部の温度と還元部の温度とを検出する工程と、
前記還元部の温度がろう付温度に到達するとともに前記銅部材の溶融温度未満であり、且つ、前記酸化部の温度が前記ろう付温度に到達したと判断したときに、ろう付する工程と、を備える、
銅部材用自動トーチろう付方法。 - 前記還元部の温度が溶融前温度に到達したときに、前記トーチを揺動させる工程をさらに備える、
請求項１０に記載の銅部材用自動トーチろう付方法。 - 前記還元部の温度が前記ろう付温度に到達するとともに溶融前温度未満であり、且つ、前記酸化部の温度が前記ろう付温度未満であると判断したときに、ガス流量を調整する、及び、前記トーチを揺動させる、の内の少なくとも１つをする工程をさらに備える、
請求項１０又は１１に記載の銅部材用自動トーチろう付方法。
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